砂土边坡的速凝高聚物微型抗滑桩加固效果研究

针对常规混凝土凝固较慢、工期长、施工复杂等缺陷,提出速凝高聚物微型抗滑桩加固边坡的新思路,开展高聚物微型抗滑桩加固砂土边坡的模型试验与数值模拟研究。结果表明,在数值模拟中,将Mohr-Coulomb强度参数转换为Drucker-Prager强度参数时,应力洛德角取0能够更准确地反映边坡岩土体的强度特征;模拟得到的各边坡工况的位移、变形发展过程和破坏特征都与试验结果较为吻合,在一定程度上验证了数值模拟的准确性;在施加了5级水平推力(1 500 N)后,单排高聚物微型抗滑桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了33.4%、33.3%和33.3%,而双排桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了55.9%、53.4%和43.4%。加固前的坡面呈现波浪状的变形特征,加固后的坡体变形显著改善。在水平推力达到1 800 N时,单排桩工况中的桩体断裂,而当水平推力达到2 400 N时,双排桩工况中的后排桩首先发生断裂。研究结果验证了速凝高聚物微型抗滑桩在边坡加固中具有一定有效性和可行性。

地震和地下水耦合作用下砂土边坡稳定性研究

基于砂土边坡的有限元模型研究了地震和下水耦合作用下砂土边坡的稳定性。研究表明,规范中考虑地震和地下水影响的叠加法计算边坡的安全系数适用范围是非常有限的;采用边坡永久位移指标进行边坡的稳定性评价比安全系数更精确;随着地下水的升高边坡坡面的最大剪应变出现减小的趋势,且在边坡底部出现了最大值,为边坡容易剪出破坏位置,且边坡底部减的有效应力明显减小,对边坡的稳定极为不利;随着地下水升高,土钉的轴力和弯矩出现减小趋势,在靠近边坡底部位置的土钉轴力产生了最大值。最后,基于室内振动台试验结果与数值模拟的结果的对比分析,验证了本文数值模拟结果的准确性。

考虑渗流和地震时的砂土边坡稳定性计算

基于极限平衡理论,以砂土边坡为研究对象,推导了渗流和地震存在时拟静力法和拟动力法边坡安全系数的计算表达式。通过程序求解,与已有算例对比表明,计算结果基本一致,验证了2种方法解析式的合理性。参数分析表明,水位越高,边坡失稳越严重,水力梯度与安全系数基本为线性关系。渗流方向向下时,稳定性随水力梯度的增加而增大;渗流方向向上时,变化规律相反。水平地震加速度系数对稳定性的影响剧烈,竖向地震加速度系数对稳定性影响较小,简化计算可以忽略不计。最终得出拟静力法的解析式,简单、实用,而拟动力法则可以更为全面地考察砂土边坡稳定性随时间变化的特点。

渗流地震双重工况下砂土边坡稳定性解析计算

基于极限平衡理论,根据浸润线的位置推导砂土边坡在渗流和地震双重工况下的稳定性解析式,通过程序求解稳定性系数。解析法考虑了地震的振动特性和水压的变化,物理过程更为真实,二者产生的孔隙水压力作用于滑动面,显著地降低了边坡的稳定性,并随水位的增高而作用明显。通过算例比较得出:考虑渗流和地震计算的稳定性系数与动力时程法的结果接近,不同水位下的稳定性系数最大误差不超过5%;而与规范法结果相比,最大误差达14.2%,验证了解析式的合理性。解析法计算思路简单,结果实用,能够为进一步研究边坡的失稳评价提供理论基础。

加筋砂土边坡渐进性变形破坏的数值分析

利用非线性弹塑性有限元方法对加筋砂土边坡的模型试验从加载开始到破坏的全过程进行数值分析,并与无加筋砂土边坡的状况进行比较。为研究边坡的面板效应,对带面板的加筋砂土边坡的变形破坏进行弹塑性有限元分析。在有限元分析中,砂土的本构关系选用应变硬化软化弹塑性模型,该模型可以考虑砂土的应变局部化、强度的各向异性以及应力水平相关等特性。结果表明,建议的非线性弹塑性有限元分析可以较好地模拟加筋砂土边坡的局部应力–应变分布以及剪切带发生、发展状况,有助于定量化地把握加筋砂土边坡的渐进性变形破坏特点以及加筋条带的加固机制和边坡的面板效应。

某吹砂回填场地砂土边坡处理方案设计

该文以孟加拉国实际工程为例,结合吹砂回填实际的地质情况,简单计算分析了吹砂回填场地砂土边坡的稳定问题,结合现场实际情况选取合理的边坡处理方案,设计得到边坡处理的施工方案,并针对此类边坡提出一些合理化建议,希望该文的分析结果能为吹砂回填场地地基预处理提供一定的指导作用。

格宾挡墙在高陡砂土边坡防护中的应用

格宾挡墙因格宾网的柔性,在网箱内填装块石等填充料后形成为一种新型的柔性支挡结构。结构整体性和地基适应性强、耐冲刷、透水性好,且成本经济、性能优越、生态环保性好、施工简便快捷、结构简单等优势,目前已在水利水电、建筑、交通、市政、园林等领域被大面积的推广应用。文章对格宾挡墙在高陡砂土边坡防护中发挥的作用,进行客观性的评价和分析。

玻璃纤维含量对加筋砂土边坡稳定性的影响研究

为了研究玻璃纤维含量对加筋砂土边坡稳定性的影响,基于大型直剪试验数据拟合得到不同玻璃纤维含量下加筋砂土剪切强度、粘聚力以及内摩擦角的函数表达式。通过算例,分析了玻璃纤维含量变化给加筋砂土边坡稳定性带来的影响。结果表明,加筋砂土边坡的安全系数随着玻璃纤维含量增大,呈现先增大后平缓下降的趋势。

砂土边坡稳定性土工离心模型试验

基于土工离心模型试验技术,研究砂土边坡稳定性随边坡坡度和含水率变化的规律,分析离心荷载作用下砂土边坡的变形特性及破坏模式,讨论较高含水率砂土存在的水分迁移现象对边坡稳定性的影响机制;同时,作为2013年全国岩土工程离心模型平行试验的内容之一,结合其他实验室的测试数据,对砂土边坡离心模型试验的误差概率特征进行了分析。研究表明:砂土边坡的变形表现出显著的脆性破坏特征,破坏模式为近似直线状破裂面的浅层溜滑。在水分迁移微弱条件下,各实验室平行试验的模型边坡破坏离心加速度与边坡坡度的关系具有高度的一致性;较高含水率的砂土在试验过程中存在水分迁移现象引起砂土强度显著改变,是影响砂土边坡稳定性的本质原因;砂土边坡破坏离心加速度的统计值具有正态分布特征,试验误差以随机为主,但也存在明显的系统误差。研究成果加深了对土工离心模型试验技术的认识。

砂土边坡稳定性离心模型试验研究

离心模型试验是岩土工程重要的研究手段之一,近年来已日益广泛的应用于公路、铁路、机场、港口等工民用建筑地基基础以及水利、市政、海洋工程研究等。2013年,为推动国内离心模型试验技术规范化和标准化,加强各实验室之间的交流与学习,中国水利学会岩土力学专业委员会物理模拟技术委员会组织国内拥有离心机的高等院校、科研机构,在统一试验用样、统一试验方案的基础上,开展了一次砂土边坡稳定离心模型平行试验。本文以长江科学院完成的边坡稳定性试验成果为基础,对比分析了各实验室之间的成果,重点探讨了砂土含水率的变化规律以及对边坡稳定的影响,提出砂土的残余含水率和边坡坡比是影响边坡稳定的主要因素,此外,试验模型制作和加载过程控制也是影响边坡稳定的重要因素。

低含水率砂土边坡离心模型试验与数值模拟

针对低含水率砂土边坡失稳过程中的应力应变场演变过程和水分迁移规律,采用离心模型试验与数值模拟相结合的方法进行研究。此外,分析了低含水率砂土似黏聚力的产生原因,提出了其计算方法,并阐明了低含水量非饱和砂土抗剪强度出现峰值效应的机理。研究表明:各模型均呈浅表层崩塌,对应的失稳破坏离心加速度值分别为24.6g,44.3g和40.0g。随着离心加速度增加,应力梯度增大,剪应变从靠近坡脚处向坡顶逐步发展,最终在坡体内形成了塑性贯通的滑裂面,边坡发生滑动失稳。离心试验后水分明显向坡体深处转移,浅部含水量在残余含水量附近波动。当土水特征曲线拟合参数与基质吸力二者满足一定关系式时,低含水率砂土的似黏聚力将出现极大值。

基于边坡离心模型试验的砂土表观粘聚力研究

非饱和素砂试样的抗剪强度规律与其完全饱和或完全干燥时不相同。然而,关于含水量对离心试验条件下砂土边坡稳定性影响的研究尚未见任何报道。针对离心试验条件下不同含水量的砂质边坡稳定性的差异性,提出了低含水量砂土的表观粘聚力问题。采用TLJ-150A型土工离心实验机对由福建标准砂组成的含水量或坡角不同的四个边坡模型进行了对比试验,通过数值模拟反演了砂土抗剪强度参数,提出了基于土水特征曲线的砂土表观粘聚力计算公式和离心试验条件下的砂土表观粘聚力计算方法,并通过算例进行了部分验证。试验表明:各边坡模型均呈浅表层崩塌,对应的失稳破坏离心加速度值分别为24.6g(含水量5%,坡角75°)、35.2g(含水量2%,坡角65°)、44.3g(含水量5%,坡角65°)和40.0g(含水量8%,坡角65°);从离心实验结束后的边坡模型中取样进行直剪试验验证了抗剪强度反演值,相对误差不超过13%。研究表明:非饱和砂土抗剪强度的改变是由表观粘聚力引起的,表观粘聚力在一定程度上取决于基质吸力的大小,砂土表观粘聚力最大值与土水特征曲线拟合参数及有效内摩擦角有关。由离心试验获取的砂土表观粘聚力与水体质量、土体含水量和破坏g值成正比,与收缩膜周长和曲率半径成反比。

砂土明挖之技术研发-砂土护坡式开挖施工工艺

本研究以阶段式开挖及钢丝网喷凝土护坡封层,护坡封层范围超过潜在破坏面2m以上,维持砂土边坡潜在破坏面内的饱和度,在无地震下完成开挖深度5.5m的70°、60°、55°砂土边坡,配合切坡上倾斜变位计管的边坡侧向变位测量值及STEDWin2.7、RISS计算机程序分析边坡安全系数,成功印证阶段式开挖配合钢丝网喷凝土护坡封层的砂土明挖技术的可行性及经济性。比较相同规模的开挖,本工艺成本约为连续壁工艺的1/6,排桩工艺的1/3,钢板桩工艺的1/2。

边坡主震响应方向性及余震效应的离心模型试验

对含倾斜基岩面的砂土边坡开展50倍重力的离心模型振动台试验,探究主余震序列作用下边坡响应与变形的变化特征。首先通过响应的时程分析和谱分析讨论主震边坡加速度的放大效应,接着借助刚性楔形滑体模型解释主震响应方向性与放大系数的关系和截断效应产生的机理,最后通过累积变形探讨余震效应及其影响状况。研究表明,放大效应是一个与频率有关的量,随着高程的增加低频部分得到了不同程度的放大。而按照PGA定义的放大系数需要结合考虑边坡顺-逆坡向不同所导致的响应方向性问题,截断效应及其与响应方向性的关系则体现了边坡变形与响应的耦合作用。余震效应的分析指出某些部位因余震导致的总位移增量可以与主震引起的变形量相当,在工程设计中应当考虑余震的附加影响。

地下水位变化对砂质边坡地震稳定性的影响研究

基于砂土边坡的有限元模型和室内振动台试验,研究了地下水位变化对边坡的地震动力响应和破坏模式的影响规律。研究结果表明,基于中国规范的拟静力法计算的边坡安全系数相对于日本规范较为保守。随着地下水位的增加,边坡的最大水平位移均表现出增加趋势,且在边坡顶部水平位移达到最大值;近场地震作用下的位移要大于远场地震作用下的位移。地震作用下随着水位的增加,边坡顶部的最大水平加速度呈现减小的趋势,说明地下水的存在具有一定的减震作用。地下水对边坡动力特性影响较大,随着地下水位的升高,边坡的自振周期呈现增加趋势,最高水位时(1m)边坡的自振周期比无水时增大了2.88倍。不考虑地下水时,边坡的破坏主要表现为通过坡脚的圆弧形剪出破坏,而地下水的存在使边坡的破坏并没有通过坡脚,而是从边坡前缘某一点处发生剪出破坏。最后通过振动台试验对数值模拟结果进行验证,确定了数值模拟结果的准确性。

强震作用下地下水对砂质边坡的动力响应和破坏模式的影响分析

基于砂质边坡的有限元模型研究地下水位上升对边坡的地震动力响应和破坏模式的影响规律,并开展砂质边坡的振动台试验。研究结果表明,在近远场地震作用下,随着地下水位的升高,边坡的最大水平加速度出现减小的趋势;坡面最大水平位移明显比无水时偏大,近场地震作用下表现更为明显,坡面处的最大水平位移均表现出增大的趋势,远场地震作用对坡脚位置位移影响最大,而近场地震作用对坡顶位置位移影响较大。地震作用下坡脚处超孔隙水压力骤然上升,并出现最大的超孔隙水压力值,使得坡脚成为最易的剪切滑出位置;随着地下水位的升高边坡的自振周期呈现增加趋势,且最高水位时的自振周期是无水时的2.88倍。无地下水时,在地震和自重联合作用下坡顶首先发生拉裂破坏,表现出明显的鞭梢效应,有地下水时边坡的破坏首先出现在坡脚,并随着超孔隙水压的累积出现剪切破坏。最后通过振动台试验对数值模拟结果进行验证,确定了数值模拟结果的准确性。

降雨条件下土工袋护坡抗冲刷试验研究

土工袋护坡是一种新型边坡加固技术,其单体强度和耐久性以及组合体的稳定性均可满足一般护坡的要求,但其抗冲刷能力尚未得到有效评估。为了探究土工袋护坡的抗冲刷能力,进行了大型边坡人工降雨冲刷试验,对比分析了土工袋护坡、石笼护坡及无防护砂土边坡的降雨入渗量和泥沙冲刷量。试验结果表明土工袋护坡能够有效减少雨水下渗量,并大幅降低边坡的土质流失量;土工袋护坡的坡面侵蚀主要集中在土工袋的间隙处,土工袋与边坡接触处无明显径流通道。土工袋的防冲刷机理可归结为压坡作用、消能作用、阻水作用和反滤作用4个方面。

草及灌木根系对不同土质边坡稳定性影响分析

通过建立土边坡有限元模型,运用强度折减法,针对砂、粘土两种土质边坡及有无降雨情况,分析植被根系对不同土质边坡稳定性的影响。结果表明:植被根系能有效的提高边坡的安全系数;坡角的变化不影响植被根系对边坡安全系数的提高;在降雨条件下,边坡稳定性会有一定程度的降低,但植被根系仍能提高边坡的安全系数。

罕遇地震作用下边坡的动力响应和稳定性分析

基于砂土边坡的有限元模型研究了罕遇地震作用下砂土边坡的动力响应和稳定性能。研究表明,基于拟静力法计算的中国规范的安全系数值相对日本规范较为保守。随着地下水深的增加边坡的最大水平位移均表现出增加趋势,且在边坡顶部水平位移达到最大值,近场地震作用下的位移要大于远场地震作用下的位移。有地下水时沿着边坡高度方向的加速度小于无地下水时边坡的加速度,说明地下水的存在一定程度上具有减震作用。与无水时相比,剪应力-剪应变曲线变得更为饱满,说明地下水对边坡坡脚的抗剪能力影响较大,即在地下水作用下更容易发生剪出破坏。不考虑地下水时,边坡的破坏主要表现为通过坡脚的圆弧形剪出破坏,而地下水的存在使边坡的破坏并没有通过坡脚,而是从边坡前缘某一点处发生剪出破坏。

不同入渗边界条件下简单均质砂土边坡失稳模型试验和数值模拟研究

在实践中很多边坡工程常因功能需求呈现出复杂不同的入渗边界情景,但往往易被忽视。通过开展不同入渗情景(坡顶入渗、坡面入渗、全面入渗)的室内降雨边坡模型试验,借助DIC图像技术,捕捉暴雨诱发边坡失稳破坏的初始微小变形和宏观整体渐变位移,并结合CFD-DEM数值模拟,提取暴雨诱发边坡剪切带、接触力链的渐变云图,揭示不同入渗情景下简单均质砂土边坡的失稳灾变机制。结果表明:坡顶入渗易先引发坡脚破坏,而后沿坡面向上扩展,最终导致整体滑移破坏,其前期稳定阶段较长但破坏具有突发性,破坏形态呈上宽下窄的弧形态;坡面入渗易在坡肩和坡脚首先发生塑性变形,二者不断扩展并引发牵引式滑移破坏,破坏周期较长,呈上窄下窄中间宽的弧形状;全面入渗易引发整体破坏,具有突发性、直线型特点,破坏形态呈上宽下宽中间宽的形态。3种情景中,坡顶入渗导致边坡的破坏距离和破坏深度最大,其次是全面入渗,而坡面入渗最小。在相同降雨强度下,坡顶入渗因破坏周期较短且具有突发性,要比坡面入渗更加危险。此外,边坡每次破坏后易在滑移面后边缘形成应力集中的力链拱,表明边坡破坏后会呈现出一定的自稳性。